[发明专利]一种与双目立体视觉相结合的主动光源投影三维重构方法

说明书

【技术领域】

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种与双目立体视觉相结合的主动光源投影三维重构方法。

【背景技术】

目标的三维重建是计算机视觉仿人类视觉的很重要的研究内容。对于纹理以及结构信息丰富的目标，双目立体视觉方法能取得良好的重构效果，然而对于纹理单一甚至严重缺失的目标，由于无法提取到有效的特征点会造成重构目标表面的大面积数据空洞。而传统的结构光系统恰恰相反，特别是对于平坦的、无明显灰度、纹理和形状变化的表面区域，用结构光可形成明显的光条纹，便于作图像分析和处理，这一点对于较平坦表的目标进行三维重构是相适应的。然而，对于表面纹理丰富的高反光目标以及内凹等复杂表面的目标，基于结构光的三维重构难以取得令人满意的效果。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种与双目立体视觉相结合的主动光源投影三维重构方法，以解决传统三维重构方法对于高反光、低纹理、具有复杂表面目标重构表面出现大面积数据空洞的问题。

本发明采用以下技术方案：一种与双目立体视觉相结合的主动光源投影三维重构方法，在双目相机中间放置主动光源投影装置，通过双目分别获取带有投影条纹的目标表面图像，根据主动光源投影装置提供的条纹信息通过立体匹配获取重构目标表面完整的视差图，进而通过基本的三角测量原理获得重构目标4表表面完整的三维结构。

进一步的，按照以下步骤实施：

步骤1、根据重构目标到左相机和右相机的距离，以及待重构目标自身的外形尺寸，选择合适的双目相机基线距离来搭建双目三维重建系统，使得左相机和右相机可以同时获取目标图像；双目三维重建系统包括并列设置的左相机和右相机，以及设置在左相机和右相机中间的主动光源投影装置；然后分别调节左相机和右相机的焦距至它们能够观测到清晰的重构目标的图像即可；

步骤2、对步骤1中搭建好的双目三维重建系统进行立体标定，并分别获取左相机和右相机的畸变参数，以及左相机和右相机之间的位置参数；

步骤3、打开主动光源投影装置，将条码投射到重构目标的表面，并形成清晰的条纹；

步骤4、通过左相机和右相机，获取含有清晰条纹的重构目标的左右图像，对左右两幅图像进行去畸变以及校正之后，利用SGM算法进行立体匹配获取完整的视差图，进而获取重构目标表面的三维点云数据。

进一步的，步骤二的具体方法为：利用张正友标定法对双目相机进行标定，并获取左相机和右相机的内部参数与外部参数，进而得到左相机和右相机的畸变参数，以及左相机和右相机之间的位置参数。

进一步的，步骤三中，条码为黑白两色对比度高、纹理变化明显、变化频率高、无规律的条码。

进一步的，步骤四的具体方法为：立体匹配算法采用Semi-Global Block Matching半全局匹算法。

本发明的有益效果是：与双目立体视觉相结合的主动光源投影三维重构方法与传统的双目立体视觉相比较，传统的双目立体视觉技术对于表面光滑的纹理单一甚至缺失的目标的恢复结果由于缺少明显的特征点无法匹配造成大面积的数据空洞，本方法对表面光滑的纹理单一甚至缺失的目标能够恢复目标表面相对完整的三维信息；相比于传统的结构光技术，本方法对对于灰度、纹理、表面形状变化明显的目标能更准确地恢复其三维信息，不需要严格标定投影装置与相机的相对位置，而且只需要对目标所在区域投影一次进行一次图像采集，操作简单实时性强。

【附图说明】

图1是双目立体视觉与主动纹理光源相结合三维重构系统硬件结构图；

图2是双目立体视觉与主动纹理光源相结合三维重构系统工作流程图；

图3是投射的二值化无重复纹理高对比度的清晰结构条码；

图4是双目相机成像原理示意图；

图5是双目相机标定过程中所需标定板示意图；

图6a为实施例得到的视差图；

图6b为采用传统双目立体视觉方法得到的视差图；

图7a实施例得到的三维重建结果；

图7b为采用传统双目立体视觉方法得到的三维重建结果。

其中，1.左相机，2.右相机，3.主动光源投影装置，4.重构目标。

【具体实施方式】

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。